第6章波形變換ppt課件

1、第第6章章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 6.1 集成集成555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用 6.2 門電路構(gòu)成的矩形波發(fā)生器及整形電路門電路構(gòu)成的矩形波發(fā)生器及整形電路 通常，把非正弦波稱之為脈沖波。按脈沖波形的通常，把非正弦波稱之為脈沖波。按脈沖波形的形式分成矩形波、梯形波、階梯波、鋸齒波等。形式分成矩形波、梯形波、階梯波、鋸齒波等。本章主要介紹用多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形波和利本章主要介紹用多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形波和利用整形電路獲得矩形波的方法。用整形電路獲得矩形波的方法。矩形脈沖波常作為時鐘信號。波形的好壞直接關(guān)系到電路能否正常工作。為了定量描述矩

2、形脈沖波，通常采用如圖所示參數(shù)。 一些基本概念一些基本概念 脈沖寬度脈沖寬度Tw從脈沖波形上升沿上升到從脈沖波形上升沿上升到0.5Vm起到下降沿下降到起到下降沿下降到0.5Vm止的時間。止的時間。上升時間上升時間tr脈沖波形的上升沿從脈沖波形的上升沿從0.1Vm上升到上升到0.9Vm所需時間。所需時間。下降時間下降時間tf脈沖波形的下降沿從脈沖波形的下降沿從0.9Vm下降下降 到到0.1Vm所需時間。所需時間。占空比占空比q脈沖寬度脈沖寬度Tw與脈沖周期與脈沖周期T之比即之比即 脈沖周期T周期性重復(fù)的脈沖序列中，相鄰兩個脈沖間的時間間隔。 脈沖頻率f頻率f表示單位時間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)， 脈沖幅

3、度Vm脈沖波形的電壓最大變化幅度。 集成555定時器的用途很廣，有雙極型型號最后三位為555和CMOS型型號最后四位為7555兩類電路。它們的功能、外引線排列完全相同。在測量與控制、家用電器和電子玩具等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 5G555定時器的電路組成及工作原理 集成555定時器的應(yīng)用圖6-1為雙極型5G555定時器的原理電路和引腳排列圖。 圖圖6-1集成集成5G555定時器原理圖定時器原理圖分壓器 分壓器由三個阻值均為5k的電阻串聯(lián)連接構(gòu)成，為比較器C1、C2提供參考電壓VR1、VR2，C1的同相輸入端V+=VR1=2VCC/3。C2的反相輸入端V-=VR2=VCC/3。如果在電壓控制端

4、5另加控制電壓，可以改變比較器C1、C2參考電壓VR1、VR2的值。若工作中不使用控制端5時，則控制端5通過一個0.01F的電容接地，以旁路高頻干擾。 分壓器上端8接VCC，下端1接地。比較器 C1和C2是兩個比較器。分別由集成運算放大器構(gòu)成。C1的同相輸入端“+”接到參考電壓VR1端上，即電壓控制端5，反相控制端“-”用TH表示，稱為高觸發(fā)端6；C2的反相輸入端“-”接參考電壓端VR2端上，同相輸入端“+”用TL表示，稱為低觸發(fā)端2。當(dāng)同相輸入端電壓V+大于反相輸入端電壓V-(V+V-)時，比較器輸出為高電平；若同相輸入端電壓V+小于反相輸入端電壓V-(V+V-)時，比較器輸出為高電平；若同

5、相輸入端電壓V+小于反相輸入端電壓V-(V+2VCC/3時，即時，即V-V+，vC1=0， =1，vo=0，T導(dǎo)通；若導(dǎo)通；若THVCC/3時，則時，則vC1=1、vC2=1，基本，基本RS觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，因此輸觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，因此輸出出 v o 和 三 極 管和 三 極 管 T 保 持 原 來 狀 態(tài) ； 當(dāng)保 持 原 來 狀 態(tài) ； 當(dāng)TH2VCC/3,TLR時，時， 振振蕩周期為：蕩周期為：T2.2RC上式可用于近似估計上式可用于近似估計振蕩周期振蕩周期.使用時應(yīng)注使用時應(yīng)注意它的假定條件是否意它的假定條件是否滿足滿足,否則否則,計算結(jié)果會計算結(jié)果會有較大的誤差。有較大的

6、誤差。圖圖6-13 RC環(huán)形振蕩器理想工作波形環(huán)形振蕩器理想工作波形(三) 石英晶體多諧振蕩器在許多應(yīng)用場合都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。例如多諧振蕩器作為數(shù)字鐘的脈沖源使用時，要求頻率十分穩(wěn)定。 上述多諧振蕩器中，振蕩頻率主要取決于門電路的輸入電壓上升到轉(zhuǎn)換電平閾值電壓所需要的時間，所以頻率的穩(wěn)定性不可能很高。第一，轉(zhuǎn)換電平本身就不夠穩(wěn)定，容易受電源和溫度變化的影響；第二，電路的工作方式容易受干擾，造成電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的提前或滯后；第三，在電路狀態(tài)臨近轉(zhuǎn)換時，電容的充、放電已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)換電平的微小變化或輕微的干擾都會嚴(yán)重影響振蕩周期。目前，普遍采用的穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器中接入

7、石英晶體組成石英晶體多諧振蕩器。圖6-14 為石英晶體的阻抗頻率特性和符號。石英晶體不但頻率特性穩(wěn)定，而且品質(zhì)因數(shù)很高，有極好的選頻特性。把石英晶體把石英晶體與與RC多諧多諧振蕩器中的振蕩器中的電容串聯(lián)起電容串聯(lián)起來就構(gòu)成了來就構(gòu)成了石英晶體多石英晶體多諧振蕩器。諧振蕩器。由石英晶體的電抗頻率特性可知，當(dāng)外加電壓的頻由石英晶體的電抗頻率特性可知，當(dāng)外加電壓的頻率為率為f0時，其等效阻抗最小，所以頻率為時，其等效阻抗最小，所以頻率為f0的電壓信的電壓信號最容易通過，并在電路中形成正反饋。因此振蕩器號最容易通過，并在電路中形成正反饋。因此振蕩器的工作頻率為的工作頻率為f0。石英晶體振蕩器的振蕩頻率

8、取決于石英晶體的固有石英晶體振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率諧振頻率f0，與外接電阻、電容無關(guān)。其工作原理與，與外接電阻、電容無關(guān)。其工作原理與RC環(huán)形多諧振蕩器基本相同。環(huán)形多諧振蕩器基本相同。(四) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)是靠RC電路的充放電過程來維持的，根據(jù)RC電路的不同接法，可分為微分型和積分型。以TTL與非門、RC微分電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為例說明其工作原理。1. TTL與非門微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在基本RS觸發(fā)器中插入一個RC微分電路環(huán)節(jié)就構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖6-16所示。圖圖6-16 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路接通電源后,無脈沖觸發(fā)信號(vI=1)輸入時,

9、電路處于穩(wěn)態(tài)。G1門開通，vO1=0，G2門關(guān)閉vO=1。在輸入端加入負(fù)脈沖信號后，vO1=1。由于C上電壓不能突跳，則vI2隨vO1上跳并大于VT (VT=1.4V)值，使G2門開通，vO=0。電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)期間，由于在暫穩(wěn)態(tài)期間，由于vO1不斷地給電容器不斷地給電容器C充電，充電，電容器上的電壓電容器上的電壓vC不斷升高，而使不斷升高，而使vI2逐漸下降。當(dāng)逐漸下降。當(dāng)vI2下降到小于閾值電壓下降到小于閾值電壓VT時，時，G2門又關(guān)閉，門又關(guān)閉，vO=1。此時輸入負(fù)觸發(fā)脈沖早已消失，此時輸入負(fù)觸發(fā)脈沖早已消失，vI為高電平。則為高電平。則G1又又開始導(dǎo)通，開始導(dǎo)通，vO1

10、=0，vI2隨之下跳為負(fù)值，然后隨之下跳為負(fù)值，然后C開始開始放電，使放電，使vI2恢復(fù)到正常的低電平。電路處于穩(wěn)態(tài)?；謴?fù)到正常的低電平。電路處于穩(wěn)態(tài)。其工作波形如圖其工作波形如圖6-17所示。所示。輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度Tw近似計算：近似計算：Tw0.8(RO+R)C公式中的公式中的RO為與為與非門的輸出電阻，非門的輸出電阻，RO100。2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用脈沖整形脈沖定時 脈沖延時脈沖整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖的幅度和寬度是確定的，利用這一性質(zhì)，可將寬度和幅度不規(guī)則的脈沖串，整形為寬度和幅度一定的脈沖串，如圖6-18所示。 脈沖定時 由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度Tw的矩形輸出脈沖，利

11、用這個脈沖去控制某電路，使其在Tw時間內(nèi)動作或不動作），起到了定時作用。例如，利用脈沖寬度為Tw的正矩形脈沖作為門輸入的信號vB，而與門的另一個輸入端信號為vA。只有當(dāng)矩形波vB為1的Tw時間內(nèi)，信號vA才能通過與門，輸出才有脈沖，如圖6-19所示。脈沖延時Tw時間，稱這 個 時 間 為延 時 。 邏 輯圖 和 波 形 圖如圖6-20所示。3. 施密特觸發(fā)器 TTL與非門構(gòu)成的施密特觸發(fā)器圖6-21是三個TTL與非門和一個二極管構(gòu)成的施密特觸發(fā)器門G1為反相器,門G2、G3組成基本RS觸發(fā)器，二極管D起電平偏移作用。下圖是vI為三角波時輸出vO隨vI變化的波形圖。4. 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用波形的

12、變換與整形幅度鑒別脈沖展寬電路波形的變換與整形 利用施密特觸發(fā)器可以將正弦波、三角波變換成矩形波。如圖6-23所示 幅度鑒別 施密特觸發(fā)器的輸出狀態(tài)取決于輸入信號vI的幅度，因此它可以用來作為幅度鑒別電路。只有當(dāng)脈沖信號vI的幅度大于VT+的脈沖，電路才輸出一個脈沖，而幅度小于VT+的脈沖，電路無輸出脈沖，其工作波形圖如圖6-24所示。幅度鑒別 脈沖展寬電路 脈沖展寬電路原理圖、工作波形圖如圖6-25(a)、(b)圖所示。電容器C與集電極開路反相器的輸出端并聯(lián)到施密特觸發(fā)器的輸入端。當(dāng)vI為高電平時，門G1輸出為低電平，電容器不能充電，vC0，施密特觸發(fā)器輸出為高電平。當(dāng)vI為低電平時，門G1輸出為應(yīng)為高電平，而而vC